Напівпровідникові обмежувачі напруги

У ряді журнальних публікацій була представлена інформація про принцип дії і характеристики напівпровідникових обмежувачів напруги різного призначення [1 - 4]. В останні роки вітчизняна промисловість освоїла виробництво великої групи нових обмежувачів напруги.

Асортимент і характеристики цих приладів зведені в табл. 1 і 2, а креслення корпусів показані на рис. 1 - 7.

(Натисніть для збільшення)

В В табл. 3 вказані конструкція корпусів приладів і їх маса. Для позначення полярності включення обмежувачів в корпусах КД-34 і КД-71. на корпус наносять білу смугу з боку плюсового (катодного) виведення. На корпус інших приладів наносять символ діода в діодному (прямому) включенні так само, як на корпусах стабилитронов.

Найменування типу на прилади в мініатюрному корпусі наносять в кодованому вигляді: на корпус КД-34 - в колірному коді, а КД-71. - в буквеному. Так обмежувача КС193А відповідає сіра смуга, КС209А - чорна, КС209А1 - чорна і сіра, КС209Б - дві чорних, КС209Б1 - дві сірих. Буквена кодування представлена в табл. 4.

За принципом дії обмежувачі подібні стабілітронах, оскільки основним фізичним процесом, що характеризує їх роботу, є граничне поява провідності p-n переходу при певному зворотній напрузі ( "пробою" Зенера). Однак обмежувачі мають дещо відмінні систему параметрів, конструкцію і методику випробувань, забезпечують більш високий рівень допустимого струму. Обмежувачі розраховані на розсіювання енергії потужних одиночних імпульсів напруги протягом обмеженого часу.

Промисловість випускає три різновиди обмежувачів - звичайні (або поодинокі), симетричні і малоемкостние. Перші, що становлять найбільш численну групу, призначені для захисту від аварійних імпульсів ланцюгів постійного струму. Для захисту ланцюгів змінного струму включають або два звичайних обмежувача зустрічно паралельно, або один симетричний (неполярний), що представляє собою пару р-n переходів, включених зустрічно послідовно, як і у двуанодних стабилитронов. Відрізнити симетричний обмежувач від інших легко - у нього на корпусі немає білої смуги або знака діода, що вказують на полярність, і в кінці найменування передбачена буква С.

Всі одиночні і симетричні обмежувачі зведені в табл. 1, а малоемкостние - в табл. 2.

Малоемкостние обмежувачі призначені для захисту високочастотних ланцюгів. Структура цих приладів складається зі звичайного обмежувача і включеного послідовно з ним високовольтного діода. Коли під дією аварійного імпульсу відкривається обмежувач, відкривається і діод. У зворотному напрямку структура струму не проводить, так як діод закритий. Інакше кажучи, ці обмежувачі - полярні, через що їх треба включати в захищається ланцюг попарно зустрічно паралельно.

Час спрацювання звичайних обмежувачів - менше 10-12 с, симетричних - 10-9 с, а малоемкостних - 5 # 8729; 10-9 с.

Оскільки всі електричні характеристики обмежувачів пов'язані з додатком до їх р-n переходу зворотної напруги і протіканням через перехід зворотного струму, вказівки на знак параметрів і їх чисельних значень всюди опущено.

Основні електричні характеристики обмежувачів напруги

Uоткр - напруга відкривання (пробою) приладу при заданому випробувальному відкриває струмі Iоткр;
Iзакр - постійний струм, що протікає через закритий прилад (струм витоку) при заданій напрузі Uзакр, меншому Uоткр;
Uраб - постійне робоче експлуатаційне напруга, рівне 0,85Uоткр і 0,81Uоткр для приладів з розкидом ± 5% і ± 10% по Uоткр відповідно. За цим параметром вибирають необхідний обмежувач;
Iогр.імп.mах - пікове значення амплітуди струму при заданих тривалості, шпаруватості і формі імпульсів, а також температурі навколишнього середовища;
Uогр.імп.mах - максимальне імпульсна напруга обмеження при максимальному імпульсному струмі Iогр.імп.mах і заданих тривалості, шпаруватості і формі імпульсів, а також температурі навколишнього середовища;
Рімп.mах - максимально допустима імпульсна потужність, що розсіюється приладом при заданих тривалості, шпаруватості і формі імпульсів, а також температурі навколишнього середовища;
Inp - постійний прямий струм (що протікає в напрямку, протилежному робочому) через малоемкостний обмежувач при заданому прямому напрузі U.

Обмежувачі класифікують по імпульсної потужності при заданих параметрах випробувального імпульсу. У табл. 1 і 2 імпульсні параметри вказані для експоненціального імпульсу тривалістю 1 мс (часто записують як 10 \ 1000 мкс, де 10 мкс - тривалість фронту, 1000 мкс - тривалість імпульсу); форма - спадна експонента, показана на рис. 8.

Зарубіжні прилади для захисту від надлишкових по напрузі імпульсів, в тому числі варистори, нормують по імпульсам струму з тривалістю 1 \ 40 мкс, 8 \ 20 мкс, 30 \ 60 мкс, 10 \ 1000мкс, 1,2 \ 50 мс в залежності від умов застосування. У реальних умовах експлуатації в залежності від характеру імпульсних перевантажень параметри імпульсу можуть мати різні значення.

Залежно імпульсної потужності від тривалості імпульсів для обмежувачів різних класів зображені на рис. 9.

На рис. 10 як приклад показані ці ж залежності для імпульсів різної форми.

Зарубіжні обмежувачі напруги випускають під торговими марками TransZorb, TransiJ, Trisil, Mosopb, Zener Transient Voltage Suppressors, Transient Voltage Suppressors (TVS) і ін.

Деякі обмежувачі напруги можуть бути успішно використані і як стабілітрони. Так, обмежувач КР228А (аналог приладу 1N5349B фірми Motorola) має додатково нормовані "стабілітрон" параметри - струм стабілізації, диференціальне опір, статична потужність.